PENGARUH TEMPERATUR DAN TEKANAN

PADA REAKSI HYDROCRACKING BIO-OIL PELEPAH

KELAPA SAWIT MENGGUNAKAN KATALIS Co-Mo/USY

DALAM REAKTOR ALIR DAN BATCH

Disusun Oleh :

SEPTI MAULIDINA

M0313065

SKRIPSI

Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mendapatkan gelar

Sarjana Sains Bidang Ilmu Kimia

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

Januari, 2018

PENGARUH TEMPERATUR DAN TEKANAN

PADA REAKSI HYDROCRACKING BIO-OIL PELEPAH KELAPA SAWIT

MENGGUNAKAN KATALIS Co-Mo/USY

DALAM REAKTOR ALIR DAN BATCH

SEPTI MAULIDINA

Program Studi Kimia, Fakultas MIPA, Universitas Sebelas Maret

ABSTRAK

Telah dilakukan reaksi hydrocracking bio-oil pelepah kelapa sawit

menggunakan katalis Co-Mo/USY dalam reaktor sistem alir dan batch. Penelitian

ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh temperatur dalam sistem alir, tekanan

dalam sistem batch pada reaksi hydrocracking bio-oil dan perbandingan karakter

katalis baru dan bekas setelah reaksi hydrocracking bio-oil. Hydrocracking

dilakukan pada 250, 300, dan 350 °C dengan laju alir 5 mL/menit untuk sistem

alir dan variasi tekanan H2 sebesar 1, 3 dan 5 bar pada temperatur 300 °C selama

satu jam untuk sistem batch. Produk yang dihasilkan dianalisis menggunakan

kromatografi gas (GC), kromatografi gas-spektroskopi massa (GC-MS) dan

katalis bekas dianalisis menggunakan spektroskopi infra merah (FTIR).

Hasil penelitian menunjukkan bahwa pada reaksi hydrocracking

menggunakan reaktor sistem alir, rendemen produk total meningkat seiring

kenaikan temperatur. Rendemen produk total optimum dengan nilai sebesar 68%

diperoleh pada temperatur reaksi 300 °C dengan selektivitas produk C5-C12

sebesar 25,53% pada temperatur 350 °C. Sementara itu, reaksi hydrocracking

dengan menggunakan reaktor sistem batch, diperoleh bahwa rendemen produk

total meningkat seiring kenaikan tekanan H2 dengan nilai rendemen produk total

tertinggi sebesar 32,16%. Adapun selektivitas produk C5-C12 optimum pada

tekanan H2 3 bar sebesar 30,95%. Pada akhir reaksi hydrocracking bio-oil, gugus

fungsi pada katalis Co-Mo/USY mengalami pergeseran bilangan gelombang

serapan Si-OH bend, perubahan intensitas pada gugus OH dan penambahan

serapan baru yaitu sesuai dengan gugus C=C aromatik.

Kata kunci: hydrocracking, bio-oil pelepah kelapa sawit, Co-Mo/USY, reaktor

sistem alir dan batch

EFFECT OF TEMPERATURE AND PRESSURE ON HYDROCRACKING

OF PALM FRONDS OIL USING Co-Mo/USY CATALYST

WITH FLOW AND BATCH SYSTEM REACTOR

SEPTI MAULIDINA

Department of Chemistry, Faculty of Mathematics and Science,

Sebelas Maret University

ABSTRACT

The hydrocracking reaction of palm frond oil was done using a Co-

Mo/USY catalyst in a flow and batch system reactor. This research studied the

effect of temperature in flow system, pressure in batch system and the comparison

character between fresh and used catalyst after hydrocracking reaction of palm

frond oil. The process of hydrocracking reaction in flow system reactor is carried

out at temperatures of 250, 300, 350 °C and the flow rate 5 mL/min of H2 gas.

Meanwhile, in batch reactor system, the reaction was carried out on variations of

H2 pressure at 1, 3, and 5 bar respectively during 1 hour and 300 °C process. The

product was analyzed by gas chromatography (GC) and gas chromatography-mass

spectrometry (GC-MS). Catalyst after hydrocracking was analyzed by Fourier

Transform Infra Red (FTIR).

The results show that in flow system reactor, the hydrocracking product

yield increased by raising temperature.The total optimum yield of 68% is obtained

at 300 °C with a selectivity of C5-C12 product of 25.53% at 350 °C. Meanwhile,

the hydrocracking product yield increased by raising pressure of H2 with product

yield of 32,16% in a batch system reactor. The selectivity of C5-C12 product is

optimum at 3 bar H2 pressure of 30.95%. After the hydrocracking bio-oil, the

functional group of Co-Mo/USY catalyst experienced shift in Si-OH bend

wavenumber,change in OH group intensity and new absorption appearance

predicted as C=C aromatic.

Keywords: hydrocracking, palm fronds oil, Co-Mo/USY, flow and batch

system reactor.

MOTTO

Tidaklah manusia mendapat apa-apa kecuali apa yang telah dikerjakannya

(Q.S An-Najm: 39)

Work hard in silence, let your success be your noise

(Frank Ocean)

PERSEMBAHAN

Lantunan doa serta syukurku kepada Allah SWT atas limpahan nikmat yang

tidak terhitung, kesabaran, kemudahan dan kelancaran untuk menyelesaikan

skripsi ini

Karya kecilku ini kupersembahkan untuk:

Ayahanda Eko Widodo, Ibunda (almarhumah) Dahlia, Kakek terhebat

Suparman M.Z dan adikku tersayang Rifki Maulana Putra yang selalu

memberikan semangat, kasih sayang dan doa yang tiada terhenti

Teman-teman kimia 2013 yang telah berjuang bersama

Semua pihak yang telah membantu

Pembaca yang telah meluangkan waktunya untuk membaca karya kecil ini

KATA PENGANTAR

Alhamdulillah, puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang

telah memberikan limpahan rahmat dan hidayahnya sehingga penulis dapat

menyelesaikan skripsi ini. Tanpa adanya bantuan dan bimbingan dari berbagai

pihak tidaklah mudah untuk menyelesaikan skripsi ini, karena itu penulis

menyampaikan terima kasih kepada:

1. Ayah, Almh Ibu dan Kakek yang selalu mendukung serta mendoakan

sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.

2. Prof. Ari Handono Ramelan, M.Sc., Ph.D selaku Dekan Fakultas Matematika

dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret.

3. Ibu Dr. Triana Kusumaningsih, M.Si selaku Kepala Prodi Kimia Fakultas

Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret.

4. Ibu Dr. Khoirina Dwi Nugrahaningtyas, M.Si selaku Dosen Pembimbing I

dan Kepala Laboratorium Kimia FMIPA UNS.

5. Bapak Dian Maruto Widjonarko, M.Si selaku Dosen Pembimbing II.

6. Bapak-Ibu dosen Program Studi Kimia FMIPA UNS, atas ilmu yang telah

diberikan.

7. Seluruh staf dan laboran Laboratorium Kimia dan Laboratorium MIPA

Terpadu FMIPA UNS.

8. Sahabat penulis: Nana, Anis Robi, Maya, Dwi, Ika, Alika,Intan, Laras dan

Fitri yang telah memberikan dukungan, doa, informasi dan semangatnya.

9. Tim riset katalis Mba Riri, Mba Irma, Mba Nanda, Mba Wendah, Mba Gesit,

Mas Ferdinan, Mas Aji, Mas Rujito, Yulita, Enggar, Nining yang sama-sama

berjuang mengerjakan skripsi dan thesis.

10. Semua pihak yang telah membantu dalam penyusunan skripsi ini.

Semoga Allah SWT membalas kebaikan semua pihak yang telah

membantu dalam penyelesaian Skripsi ini.

Surakarta, 7 Januari 2018

Penulis

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL ................................................................................................ i

HALAMAN PENGESAHAN ................................................................................. ii

PERNYATAAN .................................................................................................... iii

ABSTRAK ............................................................................................................. iv

ABSTRACT ............................................................................................................. v

MOTTO ................................................................................................................. vi

PERSEMBAHAN ................................................................................................. vii

KATA PENGANTAR ......................................................................................... viii

DAFTAR ISI .......................................................................................................... ix

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. xi

DAFTAR TABEL ................................................................................................ xiii

DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................ xiv

DAFTAR SINGKATAN ....................................................................................... xv

BAB I PENDAHULUAN ........................................................................................ 1

A. Latar Belakang Masalah ................................................................................. 1

B. Perumusan Masalah ........................................................................................ 3

1. Identifikasi Masalah.................................................................................... 3

2. Batasan Masalah ......................................................................................... 5

3. Rumusan Masalah ....................................................................................... 5

C. Tujuan Penelitian ............................................................................................ 5

D. Manfaat Penelitian .......................................................................................... 5

BAB II LANDASAN TEORI .................................................................................. 6

A. Tinjauan Pustaka ............................................................................................. 6

1. Biomassa Lignosellulosa ........................................................................... 6

2. Bio-oil ........................................................................................................ 9

3. Katalis ...................................................................................................... 10

4. Katalis Co-Mo/USY................................................................................. 12

5. Hydrocracking ......................................................................................... 17

B. Kerangka Pemikiran ..................................................................................... 21

C. Hipotesis ....................................................................................................... 23

BAB III METODE PENELITIAN......................................................................... 24

A. Tempat dan Waktu Penelitian. ................................................................... 24

B. Alat dan Bahan. .......................................................................................... 24

1. Alat. .......................................................................................................... 24

2. Bahan. ...................................................................................................... 25

C. Prosedur Penelitian..................................................................................... 25

1. Preparasi bio-oil pelepah kelapa sawit. .................................................... 25

2. Uji Aktivitas Katalis. ............................................................................... 25

D. Teknik Pengumpulan dan Analisis Data. ................................................... 27

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN. .............................................................. 29

A. Komposisi Bio-oil Pelepah Kelapa Sawit .................................................. 29

B. Produk Hydrocracking Bio-oil Sistem Alir................................................ 31

1. Komposisi Senyawa Produk cair. ............................................................ 31

2. Rendemen Produk Total. ......................................................................... 34

3. Selektivitas Produk Hydrocracking. ........................................................ 35

C. Produk Hydrocracking Bio-oil Sistem Batch ............................................. 36

1. Komposisi Senyawa Produk cair. ............................................................ 36

2. Rendemen Produk Total. ......................................................................... 39

3. Selektivitas Produk Bebas Oksigen dan Hydrocracking. ........................ 40

D. Karakter Katalis ......................................................................................... 41

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................ 44

A. Kesimpulan ................................................................................................ 44

B. Saran ........................................................................................................... 44

DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................ 45

LAMPIRAN ........................................................................................................... 52

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Struktur selulosa (Park et al., 2008) ................................................. 6

Gambar 2.2 Struktur hemiselulosa (Park et al., 2008) ......................................... 7

Gambar 2.3 Struktur lignin (Park et al., 2008) .................................................... 8

Gambar 2.4 Katalis bifungsional (Hódar, 2012) ................................................ 12

Gambar 2.5 Mekanisme pembukaan cincin metilsikloheksana(a) β-scissions,

(b) protolitik scissions, (c) isomerisasi ............................................. 13

Gambar 2.6 Konversi senyawa model β-O-4 lignin menggunakan

katalis CoMo/Al2O3 (Jongerius et al., 2012) .................................... 14

Gambar 2.7 Pola difraktogram (a) USY (b) katalis Co-Mo/USY,

(c) Co-Mo/USY dan (d) Mo-Co/USY (Rachmadhani, 2016) ........ 16

Gambar 2.8 Spektra FTIR (a) USY (b) katalis Co-Mo/USY,

(c) Co-Mo/USY dan (d) Mo-Co/USY (Rachmadhani, 2016) ........ 17

Gambar 2.9 Efek tekanan hidrogen terhadap konversi dan selektivitas

(Castaño et al., 2010)...................................................................... 19

Gambar 2.10 Efek temperatur terhadap konsentrasi asam asetat

selama reaksi hydrotreatment (Gunawan et al., 2013) ................... 20

Gambar 3.1 Rangkaian alat pirolisis .................................................................. 25

Gambar 3.2 Rangkaian reaktor alir untuk reaksi hydrocracking

(Hidayat et al., 2016) .......................................................................... 26

Gambar 3.3 Rangkaian reaktor batch untuk reaksi hydrocracking

(Larabi et al., 2016) ............................................................................. 27

Gambar 4.1 Kromatogram bio-oil pelepah kelapa sawit .................................... 29

Gambar 4.2 Kromatogram hydrocracking bio-oil pelepah kelapa sawit

sistem alir........................................................................................ 32

Gambar 4.3 Hubungan kenaikan temperatur dengan rendemen

produk hydrocracking bio-oil ........................................................ 34

Gambar 4.4 Selektivitas produk hydrocracking bio-oil sistem alir .................... 36

Gambar 4.5 Kromatogram hydrocracking bio-oil pelepah kelapa sawit

sistem batch .................................................................................... 37

Gambar 4.6 Hubungan penambahan tekanan H2 dengan rendemen

produk hydrocracking bio-oil ........................................................ 39

Gambar 4.7 Selektivitas produk hydrocracking bio-oil sistem alir .................... 40

Gambar 4.8 Spektra FTIR (A) sistem alir dan (B) sistem batch ........................ 43

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Komposisi kimia pada pelepah kelapa sawit

(Ginting dan Elizabeth, 2003) .......................................................... 8

Tabel 2.2 Kandungan bio-oil dan crude oil (Holmgren et al, 2008) ................ 9

Tabel 2.3 Hasil analisis keasaman total dan luas permukaan

katalis (Rachmadhani, 2016) .......................................................... 15

Tabel 4.1 Komposisi senyawa bio-oil pelepah kelapa sawit .......................... 30

Tabel 4.2 Komposisi senyawa produk cair hasil reaksi hydrocracking

bio-oil sistem alir ............................................................................ 33

Tabel 4.3 Komposisi senyawa produk cair hasil reaksi hydrocracking

bio-oil sistem batch ........................................................................ 38

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Lampiran 1 Gambar Bio-oil Pelepah Kelapa Sawit ........................................... 52

Lampiran 2 Hasil GC ......................................................................................... 53

Lampiran 3 Hasil MS ......................................................................................... 60

Lampiran 4 Perhitungan Rendemen dan Selektivitas Produk ............................ 69

Lampiran 5 Selektivitas produk hydrocracking ................................................. 70

Lampiran 6 Hasil FTIR ...................................................................................... 71

DAFTAR SINGKATAN

Co Cobalt

Mo Molybdenum

Co-Mo/USY Cobalt-Molybdenum/Ultra Stable Y-Zeolite

USY Ultra Stable Y-Zeolite

FTIR Fourier Transform Infrared Spectroscopy

GC Gas Chromatography

GC-MS Gas Chromatography -Mass Spectrometry